Para definir el caudal que debe brindar una bomba se pueden recorrer caminos muy diversos, el destino es siempre el mismo: un valor concreto de volumen en relación a una unidad de tiempo.
Tres que definen todo
En el dimensionamiento y selección de un equipo de bombeo hay tres parámetros fundamentales: caudal, altura manométrica y ANPA Disponible (NPSH).
El cálculo de la altura manométrica y de la ANPAD son valores que surgen de una sumatoria. En algunos casos resulta más sencilla de definir que en otros, y aunque intervengan muchos elementos, es un camino único y claro el que se recorre para determinarlo.
Ahora para calcular el caudal, pueden estar en juego muchas variables, todas ligadas a las características del uso que le daremos al equipo, aquí tratamos de aclarar los caminos más comunes.
¿Qué es el caudal?
En primer lugar caudal (también denominado gasto o flujo). En nuestro caso, movimiento de fluidos líquidos, es la magnitud que nos permite establecer el volumen de fluido que se moviliza en relación a una unidad de tiempo.
Lo observamos claramente en las unidades que lo definen:
l/min: litros por minuto.
m3/h: metro cubico por hora.
GPM: galones (imperiales o americanos) por minuto.
Y un amplio etcétera.
Recursos básicos para determinar Q
Para el cálculo del caudal deberemos utilizar diferentes recursos, donde prima el análisis del uso, acorde a cada aplicación y los datos que dispongamos. Los más habituales son:
Necesidad. Es la situación más básica y muy simple de deducir, nos indica una cantidad de volumen concreta en una relación de tiempo, por ejemplo, una embotelladora donde deben llenarse 5 botellas de 1 litro cada cinco segundos. Podemos definir clara y rápidamente el volumen que debe entregar la bomba en relación de tiempo, en este ejemplo si deben entregarse 5 litros cada 5 segundos, el caudal es de 1 l/seg (60 l/min).
Simultaneidad. En aplicaciones como presurización de viviendas, tenemos una cantidad de bocas de consumo que se irán abriendo y cerrando aleatoriamente en función del uso, la cantidad de personas que las utilizan, horarios, etc., llegando a tener picos máximos y mínimos de consumo. Algo similar sucede en otras aplicaciones como riego o incendio, pero en éstas la simultaneidad es esquemática, se puede delimitar en la etapa de proyecto definiendo la cantidad de picos que tendrá cada sector (conjunto de picos) y cómo se sucedan las aperturas de estos sectores.
Sobre esta función hemos hablado en notas anteriores en detalle (ver www.guiadebombas.com/calculo-de-caudal-en-presurizacion).
Capacidad. Otras veces el valor de caudal que debe entregar la bomba está ligado a un elemento que es determinante en la aplicación, por ejemplo, el filtro para una piscina, el cual tiene un rango de caudal determinado para que el filtrado sea óptimo. Del mismo modo sucede cuando en el sistema hay un intercambiador de calor, el cual nos indica el caudal para que la transferencia térmica ocurra acorde a lo esperado, etc. Por eso es tan importante contar con la información correcta de los elementos que intervienen en el sistema para que estos den el resultado esperado y la bomba trabaje correctamente.
Proporción. Esta función es analizada en situaciones donde el caudal bombeado debe ser en referencia a un segundo (pero principal) valor de caudal, debiendo mantener una proporción entre ambos. El ejemplo más concreto es en la utilización de bombas dosificadoras que deben inyectar hipoclorito de sodio (u otros productos) en líneas donde circula agua. La proporción es definida por quien evalúa químicamente el proceso.
De igual modo sucede en procesos productivos continuos, donde la bomba debe proveer un caudal acorde a la necesidad y velocidad del proceso.
Relacionadas. En otros casos debemos determinar el caudal requerido en base a relacionar valores muy diversos. Por ejemplo, para determinar el caudal debe movilizar una bomba destinada a desagotar el agua de lluvia que drena a un tanque, tendremos que analizar:
A. Cuánta será la superficie (m2) que recibe la lluvia y deriva al tanque, (ej. una playa de estacionamiento de 8.000 m2).
B. Si esa superficie es impermeable (ej. pavimento) o si absorbe parte del agua caída (ej. grava).
C. Por último, recabar información de cuál es la pluviometría máxima probable (en una hora) en esa ubicación geográfica. (Dato útil: 1 mm de agua caída implica 1 litro por cada m2).
Paso a paso se analiza cómo, dónde y cuánto llega de agua de lluvia. Los valores de superficie, absorción, pluviometría y tiempo nos permiten definir el caudal que debe entregar la bomba (una o varias bombas).
Volumen y tiempo
Encontraremos que cada aplicación o uso, tiene sus particularidades y el correcto análisis de éstas permite llegar a definir el volumen necesario y la relación de tiempo.
Esta relación nos puede encontrar definiendo caudales muy elevados porque realmente se necesita movilizar una gran cantidad de fluido. O que no haga falta una gran cantidad, sino que el tiempo disponible es muy corto, lo que en consecuencia también define un caudal alto.
Aplicaciones comunes
Elevación de agua en viviendas unifamiliares. Se estiman 800 litros por día para una familia tipo (4 personas), las bombas más pequeñas (0.33 o 0.50 HP) lo entregan en lapsos de 10 a 20 minutos y aunque el consumo sea ampliamente mayor pueden trabajar varias horas y arrancar varias veces por día.
Elevación de agua en viviendas multifamiliares o edificios. Al utilizar tanques comunes a todos los departamentos, el valor estimado es de 600 litros por unidad (dpto.), la bomba debería llenar el tanque por completo en lapsos no mayores a una hora aproximadamente.
Riego. El caudal lo determina el aspersor, rotor o tobera a utilizar, es importante observar que en un mismo modelo el caudal puede variar según el pico o el ángulo de apertura.
En riego de grandes superficies se divide en sectores y es ideal que el caudal sea similar entre sectores.
Presurización de viviendas. En viviendas medianas, grandes o edificios se debe analizar según el uso, cantidad de bocas de consumo cual será el pico máximo de simultaneidad.
Desagote cloacal. En instalaciones pequeñas o medianas el caudal lo define la velocidad de circulación acorde a la sección de cañerías para evitar la decantación de sólidos. Cuando hablamos de grandes edificios, hoteles, hospitales u oficinas hay una relación estadística con la cantidad de personas (o de camas).
Lo importante
No sobredimensionar, el caudal (teórico) que determinamos y por el cual seleccionamos la bomba debe ser lo más acertado y cercano al caudal real de consumo. Sobredimensionar el caudal puede parecer una buena opción, pero si el consumo real es mucho menor, el punto operativo de la bomba será otro, pudiendo a la larga generar inconvenientes en el uso por presión excesiva y menor eficiencia.
Si es difícil de precisar el caudal real ya sea por falta de datos certeros o es muy amplio el rango por las variaciones propias del uso, como por ejemplo sucede en presurización de viviendas, la mejor opción es colocar bombas con variadores de velocidad o varias bombas en paralelo que vayan arrancando en cascada a fin de ir solventando la necesidad a medida que sube el requerimiento. Esto tendrá como beneficio un gran ahorro energético y mayor durabilidad de los equipos.
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